JPH01194896A

JPH01194896A - ステップモータの駆動装置

Info

Publication number: JPH01194896A
Application number: JP1726188A
Authority: JP
Inventors: Eiji Ogiwara; 荻原　栄治; Sunao Kitamura; 直北村; Shinichiro Tanaka; 伸一郎田中
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1989-08-04
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: JP2594595B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えばエンジンのスロットルバルブの制御に
用いられるステップモータの駆動装置に関する。

〔従来技術、および発明が解決しようとする課題〕例え
ば特開昭６０−２００７９８号公報に開示されたステッ
プモータの駆動方法は、ステップモータ高速駆動時の発
生トルクの低下をステップモータへの印加電圧を変化（
増減）させることにより改善しようとするものである。

たとえば、自動車、オートバイ等のように、印加電圧（
即ちバッテリー電圧）がＤＣ１２Ｖというように電圧値
が低く、一定の電圧であり、変化させることが困難な場
合には、上記公報のような制御を行ってもステップモー
タの発生トルクを改善することができず、ステ・ノブモ
ータ高速駆動時の発生トルクの低下が依然として残って
しまうし、また、印加電圧が低いため、高速駆動時の発
生トルクの低下も目立ったものとなってしまう。通常、
このように印加電圧が低く、高速駆動する場合は、発生
トルクが印加電圧にあまり影響を受けない定電流駆動を
用いるのが一般であるが、この定電流駆動を用いても、
ＤＣ１２Ｖ程度の印加電圧では、高速駆動時の発生トル
クの低下は避けられないという課題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、ステップモータの一つの相の巻線お
よび他の相の巻線へ電流を供給する一対の定電流駆動回
路、該定電流駆動回路へ夫々制御信号を供給する制御回
路、および該定電流駆動回路へ基準電流値信号を供給する基準電流
値切換回路が設けられ、該制御回路は、該ステップモータの駆動周波数のみをパ
ラメータとしてトルク低下の補正を行って該基準電流値
切換回路へ切換指令信号を、該定電流駆動回路へ駆動指
令信号をそれぞれ供給し得るようになっており、それにより、ステップモータの駆動周波数に対応して、
ステップモータに供給される階段状に不等配分される相
電流の不等配分の割合が変化させられるようになってい
ることを特徴とする、ステップモータの駆動装置、が提供される。

〔作　用〕

本発明に〜よる装置においては、ステップモータの駆動
周波数が、所定の周波数を超えたら、」二記の階段状に
不等配分された相電流の配分割合を変化させて駆動する
ことにより、印加電圧を増加させることな（、高速駆動
時の発生トルクの低下を改善する。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例としてのステッモータの駆
動装置を示す図である。

第１図を参照すると、制御回路３は定電流駆動回路２と
、基準電流値切換回路６に制御信号を送り、定電流駆動
回路２は、基準電流値切換回路６と制御回路３からの信
号に従い、定電流駆動回路２に接続されたステップモー
タ１を適切に駆動制御する。

また、定電流駆動回路２には、駆動周波数モニタ５０が
接続され、ステップモータ１の駆動周波数が随時制御回
路３に送られるような構成になっている。第１図装置の
特徴の一つは、上記駆動周波数モニタ５０を備え、常に
ステップモータ１の駆動周波数を監視し、ステップモー
タ１の駆動周波数が所定の周波数（たとえば、発生トル
クが低下し始める駆動周波数）になった時に、制御回路
３でそれを察知し、ステップモータ１のトルク低下を改
善するように最適制御を行うことにある。

第１図の定電流駆動回路２は、ステップモータ１を定電
流方式で駆動する。この定電流駆動回路２には、制御回
路３と基準電流値切換回路６から信号が入力されている
。制御回路３からの信号は、ステップモータ１を駆動さ
せるための、励磁相切換タイミングの信号であり、この
信号により、定電流駆動回路２はステップモータ１の各
励磁相を随時切り換えている。また、基準電流値切換回
路６からの信号は、ステップモータ１の各巻線への印加
電流値を規定するものであり、この信号により定電流駆
動回路２は、ステップモータ１に流れる電流値を制限し
て、定電流駆動するものである。

基準電流値切換回路６の出力波形を第６図（ａ）に実線
で示す。第６図（ａ）は駆動パルス順・・・つまり駆動
シーケンスに従って書いである。そして、同図には、多
数ある駆動方法の代表例として、１−２相励磁駆動のパ
ターンを示すものとする。

以上のような作用により、通常は、第６図（ａ）の実線
で示すような、基準電流値切換回路６の出力波形に従い
、第６図（ｂ）に示すような電流波形でモータの各巻線
に電流を流してステップモータ１を最適に駆動している
。しかし、第６図（ｂ）に示す電流波形は低い駆動周波
数域のものであり、駆動周波数が高くなるに従い、モー
タ巻線のインダクタンスの影響で、第６図（ｃ）のよう
に電流の立ち上がり方が悪くなり、ついには、第６図（
ｄ）に実線で示すように、基準電流値■に達しきらなく
なってしまう。巻線電流が基準電流値に達しなければ、
基準のトルクは発生し得ない。これが、高速駆動時にモ
ータの発生トルクが低下する原因である。そこで第１図
に示すような駆動周波数モニタ５０を設置することによ
り、上記課題に対処する。

駆動周波数モニタ５０は定電流駆動回路２のステップモ
ータ励磁相切り換えタイミングから、ステップモータ１
の駆動周波数を検知し、制御回路３に随時データを送り
出している。制御回路３では、駆動周波数モニタ５０か
ら送られてくる駆動周波数のデータを常に監視し、所定
の駆動周波数（たとえば、ステップモータ１の発生トル
クの低下が始まる駆動周波数）になったら、基準電流値
切換回路６にステップモータ１の駆動電流値を変えるよ
うに信号を送る。基準電流値切換回路６は、その信号に
従い、第６図（ａ）の出力波形を実線で示す波形から、
実線十点線で示すような波形に変える。基準電流値切換
回路６から、このような出力波形が出されると、定電流
駆動回路２のモータへの印加電流波形も、第６図（ｄ）
の点線部分が付加されたような電流波形に変わり、高駆
動周波数域でも基準電流値を満たすようになる。これに
より、高速駆動時のモータの発生トルクの低下が改善で
きるのである。

この時のモータのトルク特性を第７図に示す。

実線は改善前、破線は改善後の特性を示す。指の印は基
準電流値を切り換える、所定の駆動周波数の設定点を示
す。

次に定電流駆動回路２を説明する。第１図において、比
較器７４　、９４の基準側電圧をマイクロコンピュータ
５の指令のもとに基準電流値切換回路を介して設定する
。基準電流値切換回路は、ポテンショメータ６０　、６
１と双方向スイッチ６２　、６３　、６４　。

６５から成り、ポテンショメータ６ｏ又は６１で設定さ
れた、基準電流値のベースとなる電圧をマイクロコンピ
ュータ５の指令により、比較器７４　、９４の基準側電
圧に供給している。比較器７４　、９４では、ステップ
モータ１内の各コイル相Ａとτ、又はＢと丁に流れる電
流に応じた各電圧を前記基準電圧と大小比較してオン又
はオフの信号を発生させる。

該オン又はオフの信号に応じて各ゲート用トランジスタ
７６又は９６を介してパワートランジスタ７８又は９８
をオン又はオフさせる。図中の十Ｂは１２Ｖの自動車用
バッテリを示す。

一方、マイクロコンピュータ５の指令のもとにパワート
ランジスタ８４　、８６　、１０４又は１０６をオン・
オフさせる。ステップモータ１には４つのコイル相Ａ、
Ａ、Ｂ、Ｂが存在し、パワートランジスタ７８は２つの
コイル相Ａ、τに接続され、一方、パワートランジスタ
９８は残りの相Ｂ、Ｈに接続されている。また、各パワ
ートランジスタ８４　、８６　。

１０４　、１０６は各々コイル用Ａ、τ、Ｂ、Ｂに接続
されている。こうして、各パワートランジスタのオン・
オフに応じて、各コイル相に電流が流れる。

図中の抵抗８８　、１０８は電流検出用の値の小さな抵
抗である。また、ダイオード７９　、９９は、ダンピン
グ制御用のフライホイールダイオードである。

コイル相Ａ、τ、又はＢ、Ｂに流れる電流に応じたポイ
ント８９又は１０９の電位（電圧）は各々バッファアン
プ９０又は１１０によって増幅されて各比較器７４又は
９４へ帰還される。この各入力電圧を比較器７４又は９
４によって各基準の電圧と比較してオン・オフ信号を発
生させることは即ち、各コイル相に流れる電流をある基
準値以下に設定制御することになる。

以上の回路作動をタイミング図である第５図を参照して
更に説明する。第５図の各図の左側記号は第１図の各信
号発生箇所と対応する。

信号ａ、ｂは、ステップモータ１の駆動に際して各相に
流す電流を２段階に切換制御する方法を採用しているた
めその周期的切換信号を示したものである。信号ｃ、ｄ
は信号ａ、ｂに応じて、２つの基準電圧の発生状態を示
している。時間も。

とｔ２の間は、モータの発生トルクが低下しはじめ、相
電流の配分割合を変化させる期間を示し、時間ｔ、とｔ
２の間はマイクロコンピュータ５からの信号ａ、ｂの切
換パターンが変化している。

信号ａ、ｂの変化により、信号ｃ、ｄもそれに応じて変
化している。

信号ｔ、ｊ、に、Ｉは各々コイル相Ａ、Ｂ、τ。

■への通電を制御するオン・オフ信号である。各コイル
相への通電制御に際し電流は各コイル相のインダクタン
スのために遅れる。即ち、トランジスタ７６　、９６の
オン信号に応じて各コイルに流れる電流はある傾斜を有
して立上り、オフ信号に応じである傾斜を有して下降す
る。まずパワートランジスタ８４のみがオンの場合に、
トランジスタ７６のオン信号に応じてコイルＡのみが通
電される。コイル相Ａのインダクタンスに応じて、その
電流はある傾斜角度で上昇し、やがて比較器７４へ入力
される比較側電圧は基準値電圧を超え始める。この時比
較器７４の作用によりオフ信号が発せられてトランジス
タ７６をオフにさせる。この場合も、コイル相Ａのイン
ダクタンスに応じて即時に電流が無くなるのではなく、
ある傾斜を有して電流が減少する。即ち比較器７４の比
較側入力電圧もある傾斜で下降し、今度は基準電圧より
も下がり始める。この時比較器７４はオン信号を発生さ
せるのでトランジスタ７６がオンとなり、コイルＡに通
電を再開する。コイルＡとτへの通電に応じた比較器７
４への比較側入力電圧の変動を模式的に信号ｇに示し、
コイルＢと丁への通電に応じた比較器９４への比較側入
力電圧の変動を模式的に信号りに示している。信号ｅ、
ｆは各々信号ｇ、ｈの入力電圧変動に対応したオン・オ
フ信号（チョッピング信号）を示している。

第２図に、制御回路３の構成を示す。制御回路３は、マ
イクロコンピュータ５と、このマイクロコンピュータ５
に基準クロックパルスを供給するクロックジェネレータ
７２とから構成されている。

マイクロコンピュータ５は、クロックジェネレータ７２
からの基準クロック信号に基づき、ＣＰＵ５４によりプ
リセットできる任意の時間毎に割込要求を発生するプロ
グラマブルタイマ５２と、この割込要求に応じて割込処
理を実行させる割込制御回路５３と、ステップモータ１
の駆動制御処理を実行するＣＰＵ５４と、ＣＰＵ５４で
演算処理を実行するのに必要な制御プログラムやデータ
が予め記録されたＲＯＭ５５と、同じ＜　ＣＰＵ５４で
演算処理を実行するのに必要なデータが一時的に読み書
きされるＲＡＭ５６と、このＲＡＭ５６の一部を使い、
ステップモータ１の最新駆動周波数情報をラッチする駆
動周波数モニタ５０と、定電流駆動回路２及び基準電流
値切換回路６に駆動信号や切換信号を出力する入出力バ
ッファ５７と、から構成されている。

以下、上記の如く構成された制御回路３で実行されるス
テップモータｌの駆動制御処理について第１２図、第９
図に示すフローチャートを用いて詳しく説明する。

駆動周波数モニタ５０は、マイクロコンピュータ５内部
の［？ＡＭ５６の一部を使い、ＲＯＭ５５内に記録され
たステップモータ制御用モータをもとに、ＣＰＵ５４で
算出されたステップモータ駆動周波数情報を駆動周波数
の変更毎に最新情報としてラッチしておくバッファであ
り、ラッチされる駆動周波数情報の更新は、ＣＰＵのメ
インルーチンで、ステップモータｌの駆動周波数を変更
する毎に行われるものとする。

ここでいう駆動周波数情報とは、第４図に示すように駆
動周波数の逆数、つまり周期をいい、この周期そのもの
が、プログラマブルタイマ５２のプリセットデータとな
るのである。ここでは、１００ＫＨｚを基準クロックと
しているので、第４図に示す如きデータとなる。

第１２図は、常時くり返し実行され、ステップモータ１
の駆動周波数モニタ５０から出力される情報に基づき、
ステップモータ１の励磁パターンを算出する、目標励磁
パターン算出ルーチンを表わしている。

第１２図に示す如く、この処理が開始されると、まずス
テップ２０１を実行し、ステップモータ１の駆動周波数
モニタ５０より駆動周波数情報ＲＰＰＳを読み込み、ス
テップ２０２に移行する。

次のステップ２０２では、駆動周波数情報ＲＰＰＳと、
基準駆動周波数情報ＢＡＰＰＳとの大小比較を行う。

大小比較の結果ＲＰＰＳ　＞　ＢＡＰＰＳであると判断
されると、ステップ２０３に移行して、フラグＦを「０
」にセットし、励磁パターンを第３図の上段に示す励磁
パターン■にする、と、算出する。

一方、上記ステップ２０２においてＲＰＰＳ　Ｓ　ＢＡ
ＰＰＳと判断された場合は、ステップ２０４に移行して
、フラグＦを「１」にセットし、励磁パターンを第３図
の下段に示す励磁パターンＨにする、と、算出する。

ここで、上記ステップ２０２で大小比較される、基準駆
動周波数情報ＢＡＰＰＳは、マイクロコンピュータ５内
のＲＯＭ５５に予め記録されているデータであり、その
値は、ステップモータ１のトルク低下の始まる、所定の
駆動周波数である。

次に第９図は、駆動回路２に駆動信号を出力し、ステッ
プモータ１を駆動制御する駆動制御ルーチンを表わし、
ＣＰＵ５４の制御により、第４図に示すような任意の時
間をプリセット可能なプログラマブルタイマ５２から発
生されるパルス信号毎に実行される。

処理が開始されると、まずステップ３０１にて、ステッ
プモータ１の回転方向を決めるフラグｃｗｃｃｈの「０
」または「１」を判断し、フラグＣＷＣＣＷが「０」で
あれば、次ステツプ３０２に移行する。そしてステップ
３０２においては、ステップカウンタＮ５ＴＥＰＯ値に
ｒｌＪを加算し、ステップ３ｏ４に移行する。

一方、上記ステップ３０１にて、フラグＣＷＣＣＷＯ値
が「１」である場合には、ステップ３０３に移行して、
今度はステップカウンタＮ５ＴＥＰの値がらｒｌＪを減
算し、ステップ３０４に移行する。

ステップ３０４においては、ステップカウンタＮ５ＴＥ
Ｐの下位３　ｂｉｔの値に基づき第３図に示す如きデー
タマツプを用いて駆動回路２及び基準電流値切換回路６
への駆動・切換信号パターンを算出して、ステップ３０
５に移行する。

ステップ３０５では、第１２図の目標励磁パターン算出
ルーチンにおいてセットされたフラグＦの「０」または
「１」を判断し、フラグＦが「０」であると判断したな
らば、次ステツプ３０６へ移行し、第３図の上段の励磁
パターン■に示す出力を行うものである。また、上記ス
テップ３０５において、フラグＦが「１」であると判断
された場合は、ステップ３０７に移行し、第３図の下段
の励磁パターン■に示す出力を行うものである。

以上のような処理をして、本ルーチンは一旦終了し、次
の割込命令を待つのである。

ここで、上記ステップ３０１で「０」または「１」と判
断されるフラグ四ＣＣ−はＣＰＵのメインルーチンで算
出されるステップモータｌの回転方向を決定するフラグ
である。

また、ステップ３０２以降に出てくるステップカウンタ
Ｎ５ＴＥＰは、ここでは８ｂｉｔとしている。ステップ
３０４でＮ５ＴＥＰの下位３　ｂｉｔから第３図に示す
如き信号パターンを算出するのは、ステップモータ１が
４相で、１−２相励磁によって駆動するため、駆動信号
パターンとしては８パターンとなり、下位３　ｂｉｔの
ステップ位置情報のみでステップモータ１を駆動制御す
ることができるからである。

第６図には、１−２相励磁駆動の駆動パターンのみを示
したが、他のダブル１−２相、トリプル１−２相、・・
・、マイクロステップ駆動等の駆動パターンでも同様に
高速駆動時のステップモータのトルク特性の改善が行え
る。

また、第６図（ａ）の破線で示したような、基準電流値
波形の変化だけではなく、さらに、第８図（ｃ）に示す
ような矩形波波形にしても同様の効果があり、これは波
形変化をさせ易くする。

また、上限の電流値を超えなければ、相電流の不等配分
変化の増加割合はいくつでもよい。

一般にステップモータのトルクと相電流の関係は、第１
Ｏ図に示すような関係にあり、たとえばＡ、Ｂ相を同時
に通電するような２相励磁の時は、Ａ相、Ｂ相の各相電
流の合成ベクトルとしてトルクが発生するため、Ａ相、
Ｂ相の各相電流をサインカーブ的に減少させなければ、
１相励磁時のトルクとの差が生じてしまう。よって相電
流の不等配分の割合は、ステップモータのトルク脈動を
なくすという点に関しては、第１１図（ａ）に図示の如
くサインカーブ的な配分割合が好ましいが、モータのト
ルク脈動を気にしないような使用方法ならば、三角波的
な不等配分の割合でもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高速駆動時のトルク低下を改善するこ
とにより、高速域でも脱調することなく、安心して駆動
させることが可能であるので高速域までステップモータ
を使用できる。

また、定電流駆動の電流値を変化させて、トルクアップ
しており、電源電圧（バッテリー電圧）に依存しないの
で１、印加電圧を変える必要がない。

また、駆動周波数モニタ、基準電流値切換信号等、すべ
て制御回路内のソフト上で対応可能なため、特別な付加
物がいらない。その結果として構成が節単になる。

また、切り換えのパラメータが、モータ駆動周波数だけ
であるので、制御ソフトの数値変更だけで済む。その結
果、モータ、駆動方法が変わってもすぐ対応できる。

また、高速駆動時に、上限ピーク電流を超えないように
電流値を制御しているので、モータ発熱の変化がなく、
それゆえ、発熱の増加がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のステップモータ駆動装置の一実施例を
示す回路構成図；第２図は第１図の装置における制御回路のブロック線図
；第３図は第１図の装置における制御回路の出力信号パタ
ーンを説明する図；第４図は第２図の制御回路のプログラマブルタイマの駆
動周波数に対するプリセットデータを説明する図；第５図は第１図の装置におけるａ、ｂ、・・・ｋ。ｌ各ライン出力のタイミングを示す図；第６図は第１図
の装置における１−２相励磁駆動パターンの波形図；第７図はステップモータのトルク特性を示す図；第８図
は第１図の装置における励磁駆動パターンの他の例を示
す波形図；第９図は第１図装置における駆動信号出力ルーチンの流
れ図；第１０図はトルク対相電流の関係を示す図；第１１図は
相電流配分を説明する図；第１２図は駆動周波数情報を用いた励磁パターン算出ル
ーチンの流れ図；を夫々示している。１・・・ステップモータ、２・・・定電流駆動回路、　　　３・・・制御回路、５
・・・マイクロコンピュータ、６・・・基準電流値切換回路、５０・・・駆動周波数モニタ。６０　、６１・・・ポテンショメータ、６２　、６３　
、６４　、６５・・・双方向スイッチ、７４　、９４・
・・比較器、７６．７８，８４，８６．９６．９８，１０４　、１０
６・・・トランジスタ、７９　、９９・・・ダイオード、　　　８８　、１０８
・・・抵抗、９０　、１１０・・・バンファアンプ。３制御回路制御回路第２図ｚＪ？ターン算出ルーチンのデータマツプ第３図プリセットデータ第４回駆動周波数トルク特性第７図第８図第９図Ａ相Ａ（０）サイン波曲な相電流配分の例（ｂ）三角波的な相電流配分の例第１１ＰｊＪ

Claims

【特許請求の範囲】　ステップモータの一つの相の巻線および他の相の巻線
へ電流を供給する一対の定電流駆動回路、該定電流駆動
回路へ夫々制御信号を供給する制御回路、および該定電流駆動回路へ基準電流値信号を供給する基準電流
値切換回路が設けられ、該制御回路は該ステップモータの駆動周波数のみをパラ
メータとしてトルク低下の補正を行って該基準電流値切
換回路へ切換指令信号を、該定電流駆動回路へ駆動指令
信号をそれぞれ供給し得るようになっており、それにより、ステップモータの駆動周波数に対応して、
ステップモータに供給される階段状に不等配分される相
電流の不等配分の割合が変化させられるようになってい
ることを特徴とする、ステップモータの駆動装置。